【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航空发动机燃烧室，具体涉及一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴。
技术介绍
1、随着飞机任务的不断发展，其工作包线也不断拓展，包线附近或之外的工作点大幅偏离设计稳态工况，经常发生点火失败及熄火故障。高空、高原、高寒、高湿、进气畸变、快速节油等极端条件下，燃油雾化蒸发和化学反应速率显著降低，燃烧室工作条件急剧变化，点熄火边界显著变窄，严重影响飞机安全和使用效能发挥。
2、航空发动机点火、燃烧、熄火是复杂的气液两相湍流流动燃烧化学反应，其中湍流、液滴、化学反应之间的相互作用非常复杂。特别是在燃烧室头部，湍流影响液滴的空间分布，湍流混合和液滴蒸发都影响化学反应化学反应，释放热量又影响液滴的蒸发以及湍流脉动。极端条件下，燃油雾化蒸发和化学反应速率显著降低，燃烧室工作条件急剧变化，大大偏离了燃烧室的设计工作状态。低温、低压给湍流液雾的扩散和蒸发带来很大的困难，使通过扩散供给初始火核的蒸汽大大减少，难于形成可燃混合气，低温条件下的化学反应速率也显著降低，化学反应的热释放降低，很容易导致点火失败。在高应变率/强湍流条件下，存在一个临界应变率，在临界应变率之上，尽管当地混合物分数已达到可燃，而由于当地应变作用或高速引起的对流换热大而不能使火核传播开来，也会降低点火概率。
3、中国专利申请cn201910062320.2公开了一种多孔雾化等离子体燃油喷嘴，该装置包括：腔体一、环状阴极、两个进气口、中心电极装配口、航空煤油进口、航空煤油雾化器、旋流器、腔体二、中心电极窗口和长棍状绝缘层。航空煤油通过航空煤油进
4、实际上在上述现有技术中，第一方面由于仅有一个电极产生滑动弧，使得等离子体作用区域较小，对燃油分子的裂解作用有限。第二方面你后方的空气与雾化后的航空煤油直接在腔体一内混合，很难保证混合均匀，从而降低点火概率。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，通过在喷嘴前端组织多道滑动电弧，在来流空气作用下旋转拉伸，形成等离子体作用区域，促使燃油液滴进一步破碎，改善喷雾粒径分布；并对油气混合物进行裂解，将燃油中的大分子碳氢化合物裂解为小分子烯烃，提高火焰传播速率。
2、为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为采用一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，包括筒状的壳体以及安装在壳体内部与壳体同轴设置的电极组；所述壳体前端开口后端封闭；所述电极组内包括2根或者2根以上的棒状电极；所述壳体内同轴嵌套设置有若干油气分离套筒，所述油气分离套筒前端开口后端封闭；所述油气分离套筒之间以及油气分离套筒与壳体之间均具有间隙，使得壳体内部被分隔成若干层状空腔，所述层状空腔由内到外为空气通路与油通路间隔设置；所有的空气通路相互连通，所有的油通路相互连通，并且所述空气通路与气路连接，所述油通路与油路连接；还包括多通道放电模块，所述多通道放电模块与电源高压端连接；所述电源的低压端与壳体连接；所述多通道放电模块包括若干分压模块，所述分压模块与棒状电极一一连接。
3、作为一种改进，所述油气分离套筒为三个，由内到外依次为内层油气分离套筒、中层油气分离套筒、外层油气分离套筒，使得壳体内由内到外被分隔为一次空气通路、副油通路、二次空气通路、主油通路。
4、作为一种进一步的改进，所述内层油气分离套筒和中层油气分离套筒上靠近尾端处开设有用于连通一次空气通路和二次空气通路的空气连通孔；所述中层油气分离套筒和外层油气分离套筒上靠近尾端处开设有用于连通副油通路和主油通路的燃气连通孔。
5、作为另一种更进一步的改进，所述壳体外壁上连接有支撑臂，所述气路和油路开设在支撑臂上；所述空气通路利用空气连通孔与气路连通，所述油通路利用燃气连通孔与油路连通。
6、作为一种改进，所述空气连通孔以及燃气连通孔均沿壳体和油气分离套筒径向开设；空气连通孔经过空气通路处为开放，经油通路处为封闭；而燃气连通孔经油通路处为开放，经空气通路处为封闭。
7、作为一种改进，所述壳体为前端具有收敛口的圆筒形，其尾端为曲面封闭结构，所述收敛口的收敛角为50~70°；所述油气分离套筒为具有收敛口的圆筒形，其尾端为曲面封闭结构，所述收敛口的收敛角为20~60°，并且由内至外的油气分离套筒以及壳体收敛口收敛角递增。
8、作为一种改进，由内到外的油气分离套筒以及壳体收敛口渐长于棒状电极前端。
9、作为一种改进，所述电极组内的棒状电极沿圆周均匀布置；还包括圆柱形且前端具有收敛口的绝缘套件，所述绝缘套件上设置有若干轴向的安装孔，所述棒状电极安插于安装孔内，并且棒状电极的前端延伸出绝缘套件。
10、作为一种改进，所述绝缘套件与油气分离套筒之间设置有旋流器。
11、作为一种改进，所述分压模块为并联的若干条，每条分压模块包括并联的分压电阻和电容。
12、本专利技术与现有燃油喷嘴技术相比，具有以下优点及有益效果：
13、1、多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴在燃油出口处形成滑动弧等离子体作用区，等离子体促进燃油初次雾化和二次雾化过程，改善雾化蒸发质量，增加燃烧区域的有效当量比。在滑动弧等离子体作用下，煤油大分子裂解重整，生成氢气、甲烷、乙烯、乙炔等小分子烃，提高化学反应速率和火焰传播速度，维持高强度火焰。同时，滑动弧等离子体作为稳定存在的高温热源，能够在油气混合物中持续产生新的火核。尤其是火焰根部，发生火焰抬升的区域与滑动弧等离子体作用区基本重合。此外滑动弧等离子体形成过程中，高能电子和激发态分子、离子等发生碰撞，生成大量以oh为代表的活性自由基，能够直接参与燃烧反应，增加化学反应速率。
14、2、多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴在喷嘴中心安装多个高压电极，经由多通道放电模块与电源高压输出的连接，实现多个电弧通道稳定放电，在喷嘴出口同时形成多道滑动电弧，增大等离子体放电强度和作用区域，同时提高等离子体电源利用效率。
15、3、喷嘴内部油气分层，由绝缘套件、内层油气分离套筒、中层油气分离套筒、外层油气分离套筒、喷嘴壳体分隔成多层嵌套结构，从内到外分别是一次空气、副油路、二次空气、主油路，燃油液膜在出口处被内侧气流打碎形成细小液滴，更容易在等离子体作用下裂解。一次空气、二次空气即能够直接辅助燃油破碎和雾化，又能够作为滑动弧等离子体的驱动气流，还能兼顾冷却气流作用，对喷嘴进行降温，降低发火电极和金属材料的烧蚀、磨损，提高喷嘴的使用寿命和可靠性。
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1.一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：包括筒状的壳体以及安装在壳体内部与壳体同轴设置的电极组；所述壳体前端开口后端封闭；所述电极组内包括2根或者2根以上的棒状电极；所述壳体内同轴嵌套设置有若干油气分离套筒，所述油气分离套筒前端开口后端封闭；所述油气分离套筒之间以及油气分离套筒与壳体之间均具有间隙，使得壳体内部被分隔成若干层状空腔，所述层状空腔由内到外为空气通路与油通路间隔设置；所有的空气通路相互连通，所有的油通路相互连通，并且所述空气通路与气路连接，所述油通路与油路连接；还包括多通道放电模块，所述多通道放电模块与电源高压端连接；所述电源的低压端与壳体连接；所述多通道放电模块包括若干分压模块，所述分压模块与棒状电极一一连接。
2.根据权利要求1所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述油气分离套筒为三个，由内到外依次为内层油气分离套筒、中层油气分离套筒、外层油气分离套筒，使得壳体内由内到外被分隔为一次空气通路、副油通路、二次空气通路、主油通路。
3.根据权利要求2所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述壳体外壁上连接有支撑臂，所述气路和油路开设在支撑臂上；所述空气通路利用空气连通孔与气路连通，所述油通路利用燃油连通孔与油路连通。
5.根据权利要求4所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述空气连通孔以及燃气连通孔均沿壳体和油气分离套筒径向开设；空气连通孔经过空气通路处为开放，经油通路处为封闭；而燃气连通孔经油通路处为开放，经空气通路处为封闭。
6.根据权利要求1所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述壳体为前端具有收敛口的圆筒形，其尾端为曲面封闭结构，所述收敛口的收敛角为50~70°；所述油气分离套筒为具有收敛口的圆筒形，其尾端为曲面封闭结构，所述收敛口的收敛角为20~60°，并且由内至外的油气分离套筒以及外壳收敛口收敛角递增。
7.根据权利要求1所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：由内到外的油气分离套筒以及壳体收敛口渐长于棒状电极前端。
8.根据权利要求1所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述电极组内的棒状电极沿圆周均匀布置；还包括圆柱形且前端具有收敛口的绝缘套件，所述绝缘套件上设置有若干轴向的安装孔，所述棒状电极安插于安装孔内，并且棒状电极的前端延伸出绝缘套件。
9.根据权利要求8所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述绝缘套件与油气分离套筒之间设置有旋流器。
10.根据权利要求1所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述分压模块为并联的若干条，每条分压模块包括并联的分压电阻和电容。
...【技术特征摘要】
1.一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：包括筒状的壳体以及安装在壳体内部与壳体同轴设置的电极组；所述壳体前端开口后端封闭；所述电极组内包括2根或者2根以上的棒状电极；所述壳体内同轴嵌套设置有若干油气分离套筒，所述油气分离套筒前端开口后端封闭；所述油气分离套筒之间以及油气分离套筒与壳体之间均具有间隙，使得壳体内部被分隔成若干层状空腔，所述层状空腔由内到外为空气通路与油通路间隔设置；所有的空气通路相互连通，所有的油通路相互连通，并且所述空气通路与气路连接，所述油通路与油路连接；还包括多通道放电模块，所述多通道放电模块与电源高压端连接；所述电源的低压端与壳体连接；所述多通道放电模块包括若干分压模块，所述分压模块与棒状电极一一连接。
2.根据权利要求1所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述油气分离套筒为三个，由内到外依次为内层油气分离套筒、中层油气分离套筒、外层油气分离套筒，使得壳体内由内到外被分隔为一次空气通路、副油通路、二次空气通路、主油通路。
3.根据权利要求2所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述内层油气分离套筒和中层油气分离套筒上靠近尾端处开设有用于连通一次空气通路和二次空气通路的空气连通孔；所述中层油气分离套筒和外层油气分离套筒上靠近尾端处开设有用于连通副油通路和主油通路的燃气连通孔。
4.根据权利要求3所述的一种多通道放电等离子体燃油裂解气动喷嘴，其特征在于：所述壳体外壁上连接有支撑臂，所述气路和油路开设在支撑臂上；所述空气...
【专利技术属性】
技术研发人员：林冰轩，徐明兴，李晓龙，陈有兴，陈志刚，王梓伊，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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